CN1592874A - 从由相位角度调光器提供给照明设备的信号中提取附加功率 - Google Patents

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Abstract

从由一个相位角度调光器(28)提供的一系列照明器操作脉冲中提取一个或多个照明设备附件(26)的功率。一个DC电源((44)连接到调光器(28)的输出(38、40)以产生并存储DC附件功率。一个照明器控制器(48)连接到调光器(28)的输出(38、40)以将来自照明器操作脉冲的功率传输到照明器(24)。照明器控制器(48)具有可变的脉冲传输特性，用于在不因附件功率变化引起照明器性能降低的情况下提供照明器功率。可变的脉冲传输特性可由一个中断或阻止照明器操作脉冲的选定的部分的开关设备(76)实现。脉冲传输特性独立于附件功率需求的变化保持恒定的可见的照明器亮度。在不工作或预热情况下，传输到照明器(24)的功率减少以防止发出可见光束。在完全亮度情况下，照明器操作脉冲基本不被照明器控制器(48)修改。

Description

从由相位角度调光器提供给 照明设备的信号中提取附加功率
技术领域
本发明涉及为附属照明设备提供功率，尤其涉及从由相位角度调光器提供的照明器功率信号中提取直流功率。
背景技术
剧场和建筑物使用的照明设备是由相位角度调光器(phase angledimmer)供电的，以使得照明设备的照明器能被调节，或者在可变的、所选定的亮度级别操作。用于这些用途的相位角度调光器是已知，通常包括诸如SCR的固态开关，用于将一个AC电源连接到一个照明器负载。来自电源的AC电压是正弦形的。一个相位控制电路提供一个固态开关，此开关在正弦的一个半周期过程中的某一点导通，该点被选择为向照明器提供一个照明器操作脉冲，该脉冲具有所需量的功率，以便产生所需的亮度级别。
虽然一个照明设备可以具有一个专用的内部调光器，在多个照明设备应用中，典型的方法是提供中央调光器，它通过延伸到分布的照明设备的电缆来供电。一般宁愿选择中央调光器，因为多个照明设备能够由一个调光器提供服务，中央调光器能被公共控制，以及因为有效的功率分配。
包括照明设备和相位角度调光器的系统被广泛地使用，并且已在许多应用中被成功用于控制不同的亮度级别。对于用由附件和自动控制提供的其他可变参数来补充由照明设备提供的调光效果的需求越来越大。例如，可能需要向一个由调光器供电的照明设备添加机械化的设备，例如色彩滚动器或色彩轮或遮光轮或类似的设备。可能需要提供一个能被发动机移动的照明设备，其中发动机被结合在照明设备的固定架内，以便来自照明设备的光束能通过摇动或倾斜运动来瞄准。可向一个照明设备提供其他附加机械装置，例如一个变焦透镜、一个可变光圈或一个遮光器系统。
这些附件需要功率来操作。用于自动控制和附件的发运机通常由低电压DC电源供电。由用于给照明器供电的调光器提供的功率的形式是一系列照明器操作脉冲，其频率取决于AC线频率。脉冲可能处于一个或多个取决于调光器系统的线频率。通常用于附件的发动机不能直接由提供给一个照明设备的照明器的被调节的功率直接供电。因此，在已知的中央调光器系统中，附加的功率电缆被用于提供DC功率，用于附件的操作。在这种系统中的一个照明设备被连接到一个从一个调光器向照明器提供功率的电缆系统，以及连接到另一个独立的提供附加功率的电缆系统。这是一种昂贵并且复杂的装置，尤其是考虑到在任何一个特定的安装中，可能使用大量的照明设备。
在翻新现有的先前已安装了照明设备和光功率电缆的调光器控制系统时，会遇到需要独立的附加功率供应线的另一个不利之处。如果需要向一个先前安装的系统添加带电的附件，则安装一个新的、附加的用于向附件供电的电缆系统是昂贵且困难的。
为克服由于需要分开用于照明器功率和附件功率电缆系统而导致的问题，可能需要从由一个相位角度调光器提供给照明设备的照明器功率中提取附件功率。
附件功率提供方法的一个可能的困难是用于照明设备的附件具有不同的功率要求。例如，当照明设备静止时，一个用于移动照明设备以瞄准光束的发动机可能只提取很少或不提取功率，而当照明设备在移动时，它可能会提供更多量的功率。类似的，对于其他类型的被加电的照明设备附件，对于功率的需求可能随时间而变化。如果从由一个用于照明器加电的调光器提供的功率中提取数量变化的附件功率，则由照明设备的照明器发出的光的亮度可能也会变化。给附件加电而引起的亮度级别变化是烦人的、讨厌的并且不合需要的。
另一个可能的困难是即使照明器处于不工作状态，从来自调光器的照明器功率中提取的附件功率也必须足够操作附件。但如果附件和照明器是同时被供电的，则操作附件所需的功率级别可能太大以致照明器被加电到可见的状态。这是不合需要的，因为照明器必须能够处于不工作状态，或者灯丝预热状态，并且即使在此状态期间，附件功率也必须保持可用。
另一个需求是照明器应该能够被加电到完全的亮度。如果从照明器功率中提取了附件功率，则实现这一点应该不减少完全工作状态时的照明器功率。
发明内容
本发明的一个主要目的是从由一个相位角度调光器提供的照明器功率中提取附件功率，用于在不需要附加DC功率电缆并且不降低照明器性能的情况下，给照明器附件供电。其他目的是提供一个方法和系统，用于在一个附件功率负载范围内提取附件功率，同时保持在从不工作情况到完全供电量级别中的某一选定亮度级别上操作照明器的能力；提供一个用于提取附加功率的允许照明器在不工作或预热状态操作的方法和系统；以及提供一个用于提取附件功率的允许照明器在完全亮度工作的方法和系统。
简言之，根据本发明，提供了一个供电系统，用于一个照明设备，该照明设备具有一个照明器和一个具有变化的功率需求的加电的附件。供电系统包括一个具有固态开关的相位控制调光器，它提供照明器操作脉冲，并且具有一个输出。一个附件电源连接在调光器输出和加电的附件之间。一个照明器供电支路连接在调光器输出和照明器之间，用于将功率从照明器操作脉冲传输到照明器。
简言之，根据本发明，提供了一个方法，用于从由一个相位角度调光器提供给一个照明设备的照明器操作脉冲中提取用于照明器附件操作的功率。该方法包括将来自相位角度调光器的输出脉冲提供给一个附件供电电路的输入。来自附件供电电路的输出被加到具有可变功率需求的一个照明设备附件。来自相位角度调光器的输出脉冲被提供给一个照明器控制器的输入。来自照明器控制器的输出被供应给照明设备的一个照明器。从相位角度调光器控制向照明器传输输出脉冲是由照明器控制器的操作控制的。
附图说明
从以下对于由附图所描述的本发明的首选实施方式的详细说明中将最好地理解本发明以及上述和其他目的和优点，附图中：
图1是用于一个根据本发明构造的照明设备的一个照明设备供电系统的原理图；
图2是图1的供电系统的附件电源的原理图；
图3是图1的供电系统的照明器控制器的原理图；
图4A和4B是显示在照明器预热情况下和低和高附件负载情况下相位角度调光器的输出和照明器控制器的输入处的电压的波形；
图5A和5B是显示在中等照明器亮度情况下和在低和高附件负载情况下相位角度调光器的输出和照明器控制器的输入处的电压的波形；
图6A和6B是显示在高照明器亮度情况下和在低和高附件负载情况下相位角度调光器的输出和照明器控制器的输入处的电压的波形；
图7A和7B是显示在完全照明器亮度情况下和在低和高附件负载情况下相位角度调光器的输出和照明器控制器的输入处的电压的波形；
图8是根据本发明构造的使用脉冲宽度调制的一个照明设备供电系统的另一个实施方式的原理图；
图9是说明图8的供电系统的电压到占空系统转换器的操作特性的图；
图10是可用于图8或图11的供电系统的反极性转换器的简化原理图；
图11是根据本发明构造的一个照明设备供电系统的另一个基于微处理器的实施方式的原理图；以及
图12是显示由图11的照明器供电系统执行的一个照明器功率控制程序的流程图。
具体实施方式
现在参考附图，首先参见图1，这里以原理框图的形式显示了一个供电系统，它一般被称为20，并且是根据本发明的原理构造的。供电系统20向一个照明设备22提供照明器功率和附件功率。照明设备22具有一个或多个照明器，以产生一个照明器负载24。通常照明设备具有一个白炽灯，该白炽灯具有一根或多根高阻灯丝。照明设备22还具有一个或多个加电的附件，以产生一个附件负载26。附件负载可能是由任何附件产生的，例如摇动或倾斜发动机，发动机驱动的色彩滚动器或色彩轮或遮光轮，或一个加电的变焦透镜、可变光圈和/或遮光器系统，或其他设备。根据随时间改变的附件功率需求，附件负载是可变的。
供电系统20包括一个一般称为28的相位角度调光器。调光器28一般可为常规类型，包括一对固态开关30和32。如图1所示，开关30和32可为SCR。一个相位控制34使得SCR 30和32在从一个标准AC电源36提供的AC输入功率信号的每个半周期的一个选定点导通。SCR在每个半周期结束时变得不导通。导通点被选择为向照明器负载24提供对应于所需的照明器亮度的量的功率。
由于SCR 30和32的开关操作，调光器向一对调光器输出端38和40提供一系列照明器操作脉冲。照明器操作脉冲的频率是由AC电源36的频率决定的。在图1的常规调光器中，以两倍线源频率提供交变极性的脉冲。在其他已知的装置中，可通过以线频率或其他与线频率相关的频率多路复用多个照明器来提供交变脉冲。由相位控制34的导通点设置决定的脉冲持续时间确定了调光量，从而确定了照明器负载24的亮度。通常在照明器操作脉冲的路径中包括了一个电感42，用于衰减突然的电流变化，从而限制因而产生的照明器灯丝的振动和噪声。
根据本发明的一个特征，附件负载26的功率是从由调光器28提供的照明器操作脉冲中提取的。供电系统20包括一个连接在调光器28和附件负载26之间的附件电源44。附件电源44从调光器输出中提取附件电源，并将其提供给附件负载26。供电系统20还包括一个连接在调光器28和照明器负载24之间的照明器供电支路46，用于将来自调光器28的照明器功率提供给照明器负载24。因此，照明器负载24和附件负载26均是由调光器28供电的。由于附件负载是由调光器28供电的，因此只需要一根电缆50来向照明器和附件负载24和26供电。
根据本发明的另一个特征，照明器供电支路包括一个照明器控制器48，它选择性地变换来自调光器28的照明器操作脉冲，并将功率传输给照明器负载24。照明器控制器48具有一个可变的脉冲传输特性。可变的脉冲传输特性使得照明器控制器48能够独立于附件负载的功率需求的变化保持一个恒定的可见的照明器亮度，以使得照明器负载能够在完全亮度操作，以及使得在照明器不工作或预热情况下能够向附件供电。
为实现本发明的所有优点，附件电源44和照明器控制器48宜位于照明设备22中或附近，并且由电缆50连接到调光器输出端38和40。如图1所示，附件电源44和照明器控制器48被结合在了照明设备22中。
图2描述了附件电源44。在所示的配置中，电源44是一个宽输入范围开关模式DC电源，它在输出端52和54分别提供相对于一个机箱/接地地端56浮动的正和负的DC功率。此电源是回扫反极性转换器(flyback buck converter)的一个例子，可采用其他实施方式。电源44被用于DC发动机加电的照明设备附件。其他类型的附件负载和电源是可能属于本发明的范围之内的。
来自调光器输出终38和40的照明器操作电压通过电缆50提供，并且在电源输入端58和60处接收。电容62和64提供波纹滤波，用于将传导噪声与AC输入隔离开来。二极管66和68与电容70和72一起形成一个电压加倍装置，它向电源44提供高电压DC。
一个变压器74在一个固态开关模块76(例如由PowerIntegrations有限公司销售的“TOPSwitch”牌TOP204模块)的控制下在一个高频率(例如100KHz)转换。连接在变压器74的主开关输入处的一对钳位二极管78和80被连接到开关模块76的漏端，并将开关模块76与变压器感应冲击隔离开来。一个二极管82是变压器74的偏置绕组的整流器。电容84和86是旁路电容。
反馈操作是由一个光耦合器88激活的，该光耦合器的输出连接到开关模块76的控制端。电容90提供高频旁路。电容92和电阻94提供频率补偿，用于稳定反馈。电容90和包括电容92和电阻94的支路被连接到一个作为开关模块76的源端，即Kelvin连接106。一个包括电阻96和98、电容100和二极管102的网络建立了用于光耦合器82的加电的电压参考。电阻104和98是电压参考网络的分压输入。
变压器74的输出通过一个二极管耦合到一个低通pi滤波器，该滤波器包括电容112和114以及电感116。电容118和120平滑高频。DC电压存储在电容112和114中，其用于在调光器28提供照明器操作脉冲期间和间隔中的连续DC功率。由附件电源提供的功率根据附件负载26的变化的功率需求而变化。此变化的功率是直接并连续地从重复的照明器操作脉冲中提取的。
图3描述了照明器控制器48。照明器操作脉冲是在输入端122和124通过电缆50从调光器的输出端38和40接收的。一个整流器电桥126整流照明器操作脉冲，以便相同极性的脉冲被一个积分器电路128以相同的方式积分，该积分器电路128包括电阻130和132以及一个电容134。积分后的信号存储在电容134中。当存储的积分后信号达到一个阈值时，一个开关电路135被触发，以便将脉冲传输到照明器负载24。当达到阈值时，一个齐纳二极管136被致使导通，以便通过一个包括电阻140和142的分压器打开一个正常打开的光三端双向可控硅开关元件138。
当光三端双向可控硅开关元件138导通时，包括电阻144、146和148的触发电路使得一对相反的SCR 150和152导通，以便将来自调光器的输出端38和40的照明器操作脉冲中被选择的并且被控制的部分连接到照明器负载24。SCR 150和152具有相反的极性，并且起到了一个双向固态开关设备的作用。当SCR 150和152没有导通时，一个旁路镇流电阻154向调光器28提供一个跨在照明器控制器48的输入端122和124上的阻性负载。当SCR 150和152导通时旁路电阻154被SCR 150和152旁路。
积分器128和开关电路135的功能是提供一个可变的脉冲传输特性。照明器控制48不是简单地将来自调光器28的照明器操作脉冲传输到照明器负载24，而是改变被传输的脉冲的部分，从而能够在不降低照明器性能的情况下提取附加功率。此操作的效果可在图4A和B、5A和B、6A和B以及7A和B所示的波形中看到。这些图在某种程度上是理想化的，因为高频被更好地去除，以显示存在于照明器控制器48和附件电源44的公共输入处的基本波形。在这些图中，水平的X轴代表时间，而垂直的Y轴代表电压。
供电系统20可在不工作或灯丝预热模式下操作，同时继续向照明设备附件提供足够的功率。此模式如图4A和4B所示。图4A描述了在一个照明器操作脉冲期间在调光器28的输出和照明器控制器48的输入处看到的电压。此脉冲是由调光器28提供的一系列脉冲中的一个。在所示的配置中，照明器控制脉冲是以两倍AC线频率提供的，并且具有交变的相反极性，但是也可采用其他脉冲序列配置。
图4A显示了当照明器负载处于预热情况并且附件负载26的负载需求处于低值时的操作。在照明器操作脉冲的第一部分期间，从T1时刻到T2时刻，附件电源提取相对少量的附件功率，此功率足以产生并保持一个存储的DC电压，为更大的附件功率需求做准备。在此时间段中，照明器控制器48的开关电路135是不导通的，或者是断开的，而存储在照明器控制器48的电容112和114中的积分后的信号的幅度是保持或增加的。
在T2时刻，在积分器128中达到了阈触发值，开关电路135被导通，或闭合。阻抗的降低引起了T2时刻波形电压的降低。对于脉冲的余下部分，直到T3时刻，附件电源44继续操作，同时开关电路135保持闭合并且功率被提供给照明器负载24。此功率量足够保持照明器灯丝处于预热状态，但不足以使照明器发出可见的光束。在时刻T3照明器操作脉冲结束时，照明器控制器48返回其最初的情况。此操作模式下照明器控制器48的脉冲传输特性是使得整个脉冲中只有一小部分被传输到照明器负载。
图4B描述了照明器处于预热状态并且附件功率需求增大的情况下的操作。在脉冲起始T4时刻和T5时刻之间，积分器128中未达到触发值，开关电路135是断开的，附件供电电路44提取附件功率。在T5时刻积分器128中达到触发值，开关电路135闭合。在T5时刻，由于阻抗的减小，波形的电压值降低。在脉冲的剩余部分，从图4B中的T5时刻到T6时刻，附件电源44继续提取附件功率，而照明器功率也通过照明器控制器48提供给照明器负载24。
调光器28中的电感42反抗电流率的变化，并且在较高的电流率时有较大的作用。由于此作用，对于积分器128触发开关电路135所需的时间，高附件负载需求(图4B)比低附件负载需求(图4A)多。但是，对于图4A中的低附件功率需求操作，脉冲传输特性使得提供给照明器负载的功率量仅够保持照明器灯丝处于预热状态，不够照明器发出可见光束。
如果需要，积分器128的操作特性以及由调光器28提供的脉冲的持续时间可被配置为提供完全不工作的照明器负载情况。在此情况下，不是在脉冲期间一个延迟的点T2时刻打开开关电路135，而是在整个脉冲持续期间都可保持开关电路打开。比起完全不工作模式，更宁愿选择预热模式，以便保持更恒定的灯丝电阻并且避免灯丝压力。
图5A和5B分别描述了在照明器负载24处于低或中等亮度情况下的低和高附件功率负载。照明器操作脉冲的开始发生于图5A中的T11时刻，从T11时刻到T12时刻，附件电源44产生并存储DC功率，同时照明器控制器48最初阻止从照明器负载24传输操作脉冲。在T12时刻，积分器128达到阈值，开关电路135闭合。然后从T12时刻开始向照明器负载24供电直到在T13时刻照明器操作脉冲终止。在T12时刻由于阻抗减小，电压有短暂下降。脉冲传输特性使得整个照明器操作脉冲的一部分被提供给照明器负载24以保持所需的中等光亮度级别。
图5B描述了在中等亮度级别时附件负载需求为高而不是低时的供电系统的操作。从照明器操作脉冲开始的T14时刻直到T15时刻，在积分器128充电并且开关电路135断开的同时，附件电源44操作并且产生并存储DC功率。在T15时刻，积分器128触发开关电路135，从T15时刻时到照明器操作脉冲终止的T16时刻，向照明器负载24供电。在T15时刻由于阻抗减小，电压有短暂下降。由于电感42的作用，在低附件功率级别(图5A)时积分器达到阈级别所需的时间比在高附件功率级别(图5B)时略短。脉冲传输特性使得整个照明器操作脉冲的一部分被提供给照明器负载24以保持相等的所需的中等光亮度级别。附件电源44在整个脉冲持续时期从T11时刻到T12时刻继续操作。
不论附件负载需求如何变化，照明器控制器48均保持一个恒定的可见的照明器亮度。因此，对加电的附件的间歇操作不会降低照明器的性能。比较图5A和5B中传输的脉冲段，图5A中T12和T13时刻之间的脉冲形状是峰化的、圆的并且略带正弦形的。相反，在图5B中，T15和T16时刻之间的脉冲形状没有那么峰化，并且在其初始部分形状更方。两个脉冲段的形状彼此不同主要是由于电感42对于不同的电流情况所产生的效果。但是，尽管形状不同，在低和高附件功率情况下，提供给照明器负载24的功率是相对恒定的，因为曲线下的面积，或者脉冲段的RMS值，大体上是相等的。在低和高附件功率情况下，传输的功率是充分相等的，以使得亮度的任何差异对于观察者来说都是不可察觉或看见的。
图6A和6B分别描述了在一个更高但不是完全的照明器亮度级别以及在低和高附件功率级别下的操作。在图6A中从照明器操作脉冲开始的T21时刻直到T22时刻，积分器128充电，开关电路135不工作，并且附件电源44产生并存储DC功率。在T22时刻积分器128触发开关电路135，从T22时刻直到脉冲终止的T23时刻，向照明器负载24供电。
类似地，在图6B中，由于附件负载增大，从照明器操作脉冲开始的T24时刻直到T25时刻，积分器128充电，开关电路135不工作，并且附件电源44产生并存储DC功率。在T25时刻积分器128触发开关电路135，从T25时刻直到脉冲终止的T26时刻，向照明器负载24供电。
图6A和6B中的波形彼此相当相似。调光器28中的电感44的作用比图4A和4B以及图5A和5B中亮度级别较低时要小。另外，来自调光器28的连续的平均照明器操作脉冲功率级别更高，积分器128在脉冲间隔期间不完全放电。这减短了每个脉冲开始时给积分器充电和触发开关电路135所需的时间。因此，在低和高附件功率级别时，脉冲传输特性均使得脉冲传输只比脉冲开始略微延迟，几乎整个脉冲都被传输。在低和高附件功率级别下，照明器灯亮度没有可见的差别。
图7A和7B分别描述了在完全照明器亮度级别以及在低和高附件功率级别时供电系统20的操作。在图7A的在低附件功率级别时，脉冲开始于T31时刻，终止于T32时刻。在图7B的高附件功率级别，脉冲开始于T33时刻，终止于T34时刻。图7A和7B的波形几乎是相同的。在两种情况下整个脉冲期间附件电源44都在产生并存储DC附件功率。来自调光器28的连续的平均照明器操作脉冲功率级别相对较大，足够保持积分器128完全充电或几乎完全充电。因此，整个或几乎整个照明器操作脉冲经过照明器控制器48到达照明器负载24。完全照明器负载时的脉冲传输特性使得基本上整个照明器操作脉冲均被传输，不会降低照明器亮度。在任何附件功率级别情况下，附件电源44从照明器操作脉冲提取附件功率对于可见的完全的照明器亮度没有可察觉的影响。
通过比较图4A、5A、6A、7A以及比较图4B、5B、6B和7B的曲线可看出照明器控制器28的变化的脉冲传输特性。一般地，照明器控制器接收来自调光器28的照明器操作脉冲，并且阻止照明器操作脉冲中可变的、选定的部分，以便将提供给照明器负载24的功率量减少一个可变的量。在照明器供电量级别较低时(图4A和4B)，减少量是最大的，随着照明器供电量级别的增高(图5A、5B、6A和6B)，减少量降低。在照明器供电量级别较高时，照明器操作脉冲的减少量降低到几乎为零，照明器操作脉冲以基本不减少的状态被传输给照明器负载24(图7A和7B)。
宜对调光器28的操作和/或控制做调整以补偿照明器控制器48的脉冲传输特性。与一个没有附件负载26和附件电源44的常规照明设备相比，调光器28在低和中等照明器供电量级别情况下必须供应更大的照明器操作脉冲以获取相同的照明器亮度。
图8-10中描述了一个包含本发明的另一个实施方式的供电系统160，其中在图8-10中与图1-7中相同的元件被标示为相同的附图标记。调光器28通过一根电缆50连接到一个照明设备22A。附件负载26由附件电源44提供DC操作功率。供电系统160和附件电源44可被结合在照明设备22A中或位于其附近。
供电系统160使用脉冲宽度调制(PWM)技术来变换来自调光器28的照明器操作脉冲，并以可变的脉冲传输特性将功率传输给照明器负载24。一个PWM照明器控制器162接收来自调光器28的具有选定的持续时间的照明器操作脉冲，选择性地变化来自调光器28的照明器操作脉冲，并将功率传送给照明器负载24。照明器控制器162的可变脉冲传输特性使得照明器控制器162可以独立于附件负载26的功率需求保持恒定的可见的照明器亮度，使得照明器负载以完全亮度操作，并且使得在照明器不工作或预热情况下也能对附件供电。
一个整流器164对来自调光器28的交变极性照明器操作脉冲进行整流，并将统一极性的脉冲加到一个积分器166。积分器166产生一个正比于由调光器28提供的照明器操作脉冲的持续时间的DC电压。此DC电压被加到一个电压到占空系数转换器168，一个震荡器170向该转换器提供一个恒定的高频驱动信号。一个反极性转换器(buck converter)172连接在电压到占空系数转换器168和照明器负载24之间。PWM脉冲是电压到占空系数转换器168的输出，该脉冲的占空系数是由积分器166提供的DC电压决定。PWM脉冲有效地操作反极性转换器172以便可变地并且部分地阻止由调光器28提供的照明器操作脉冲的部分，从而实现一个可变的脉冲传输特性。
图9图解地显示了电压到占空系数转换器168的操作特性。在照明器供电级别低时，整流器164和积分器166提供一个较低的电压V，如图9中的参考字符174所示。此情况对应于照明器负载预热情况。电压到占空系数转换器168的占空系数取较低的值，具有较短的持续时间的PWM脉冲被提供来控制反极性转换器172。
随着来自调光器28的照明器操作脉冲的持续时间增长，整流器164和积分器166产生一个增大的电压V。增大的电压在图9中被标示为176。随着电压V增大，电压到占空系数转换器168的占空系数增大，具有增长的持续时间的PWM脉冲被用于控制反极性转换器172的操作。当接近照明器负载24的完全亮度时，整流器164和积分器166的电压V达到最大值178。电压到占空系数转换器168的占空系数也达到最大值。
图10描述了一个简化的反极性转换器172的例子。反极性转换器172包括一个开关180，该开关宜为一个被由电压到占空系数转换器168施加的PWM脉冲控制的快操作固态开关设备。当出现一个PWM脉冲时，开关180闭合，当没有PWM脉冲出现时，开关180断开。随着由电压到占空系数转换器168提供的PWM脉冲的持续时间增长，开关180闭合的时间部分也变大。
整流后的照明器操作脉冲被整流器164提供给反极性控制器172的输入端182和184。一个包括一个电感186和一个电容188的滤波电路在电容188两端提供一个dc照明器操作电压。一个二极管190使得开关设备180断开后，电感186的磁场的突降能引起连续的电流。
在图8-10的供电系统的操作中，电压到占空系数转换器168操作反极性转换器172，以便选择性地并且可变地阻止由调光器28提供的照明器操作脉冲的部分。可变阻止操作是由开关180在电压到占空系数168的控制下执行的，其中电压到占空系数转换器168又是由积分器166根据照明器操作脉冲的持续时间而提供的电压来控制的。
在供电量级别较低时，例如在照明器负载预热情况下，开关180打开时间部分相对较短，较大部分的照明器操作脉冲被阻止，产生一个较小的照明器操作电压。在照明器供电量级别增加时，开关180闭合的时间部分增加；照明器操作脉冲被阻止的部分减少，更大的电压被加到照明器负载24。在照明器供电量级别较高时，开关180闭合的时间部分最大，最高的电压被加到照明器负载24。如果需要，在亮度最大时，开关180可以持续闭合。
在照明器预热情况下，照明器负载保持低级别，足够的功率可用于附件负载26的操作。灯亮度基本是在独立于附件负载26的可变的功率需求的情况下被控制的。在照明器负载功率级别最大时，灯亮度不会被附件负载26的操作降低。
图11中描述了组成本发明的另一个实施方式的一个照明设备供电系统200，其中与图1-10的实施方式中相同的元件被标示为相同的附图标记。调光器28通过一根电缆50连接到一个照明设备22B。附件负载26由附件电源44提供DC操作功率。供电系统200和附件电源44可被结合在照明设备22A中或位于其附近。
供电系统200包括一个微处理器202，该微处理器具有一个中央处理单元204和一个存储器206。整流器164接收来自调光器28的交变极性的照明器操作脉冲，并将统一极性的脉冲提供给微处理器202，以及反极性转换器172的输入端182和184。
在微处理器202中通过常规编程技术实现了一个工作时间检测器208和一个RMS检测器210。工作时间检测器扫描由整流器提供的脉冲，并确定每个脉冲的持续时间。此操作可指示调光器28的操作选择的照明器亮度操作级别。RMS检测器接收由整流器164提供的脉冲，并执行一个均方根计算，以确定每个照明器操作脉冲中包含的功率。
处理器204提供脉冲，以便通过上述方式控制反极性控制器172的操作。这些脉冲可以是具有变化的持续时间的PWM脉冲，或者可以具有恒定的持续时间，但具有变化的频率或量。对于一个给定的脉冲工作时间，由RMS检测器210检测到的实际RMS功率在附件负载功率需求很小或没有时较大，而在附件负载功率需求增加时较小。此差别被用于改变从处理器204到反极性转换器172的脉冲供应量，以便即使在附件功率需求变化的情况下也保持恒定的照明器亮度。
图12是描述由供电系统200的微处理器202执行的一个照明器功率控制程序并且实现一个用于给照明器负载24供电的脉冲传输特性的流程图。对于每个接收自整流器164的脉冲，程序被处理器204调用，并且开始于开始块212。在块214，工作时间检测器208检测一个照明器操作脉冲的工作时间或持续时间。
在块216，程序用检测到的工作时间得到一个标称的RMS值。标称的RMS值是在没有任何附件负载功率消耗情况下包含在一个具有由块214检测到的持续时间的脉冲中的RMS功率。在块218处，程序还用检测到的工作时间得到一个标称的PWM脉冲值。标称的PWM脉冲值是这样一个值，这个值在由处理器204加到反极性处理器172时，在没有任何附件负载功率消耗的情况下产生所需的照明器亮度。标称的PWM和标称的RMS值可从存储器206的一个或多个查找表中获得，或者可通过存储器206中包含的一个适当的算法来计算。
PWM值具有一个可变参数，例如脉冲持续时间或频率或脉冲数，此参数可被改变以改变系统的脉冲传输特性。这是通过改变来自调光器28的在反极性转换器172中被阻止的照明器操作脉冲的部分来实现的。对于检测到的不同的工作时间值，标称的PWM值被选择为实现与供电系统20和180实现的脉冲传输特性相似的脉冲传输特性。在照明器供电量级别较低时，照明器操作脉冲和传输到照明器负载24的功率相对较低，以便附件负载26的功率可用，同时很少或没有功率被提供给照明器负载24。在照明器供电量级别增大时，在反极性转换器172中阻止的照明器操作脉冲的部分减少，传输到照明器负载的功率级别增大。在照明器完全加电时，照明器操作脉冲阻止量最小或没有，最大量的照明器操作功率被传输，以便照明器负载24在完全亮度下操作。
在附件负载26不消耗功率的情况下，由调光器28提供的操作脉冲产生一个预定的照明器亮度。如果附件负载从照明器操作脉冲中吸取操作功率，则脉冲的RMS值可能减小。减小量可取决于附件负载的大小、调光器28的容量和其他因素。如果在没有校正的情况下，向照明器负载24传输了一个降低了RMS的照明器操作脉冲，则产生的照明器亮度可能低于预定的所需的照明器亮度。
供电系统200避免了此问题。在块220处，RMS检测器208检测照明器操作脉冲的实际RMS值。此值可由检测脉冲电压的包络并执行均方根计算来计算。
在块222处，在块220处检测到的实际RMS值与在块216处获得的标称RMS值相比较。其差值，DELTA RMS被获得并传递到块224，在此处它被用于调整标称的PWM值。如果检测到的RMS值与标称的RMS值相等，则DELTA RMS为零。在此情况下，处理器将标称的PWM脉冲加到反极性转换器172，获得预定的所需的照明器亮度。
如果检测到的RMS值与标称值不同，则DELTA RMS不为零。在此情况下，处理器204对标称的PWM值做出调整，以校正差异。如果附件负载功率消耗降低了照明器操作脉冲RMS，则处理器204修改标称的PWM脉冲值，以减少在反极性转换器172中被阻止的照明器操作脉冲的部分，并增加传输到照明器负载24的功率。根据此实施方式，此修改可通过改变脉冲持续时间或脉冲数或频率等来实现。处理器可通过计算或从存储在存储器206中的一个查找表来获得校正因数。程序结束于结束块226。
虽然已参考附图所示的本发明的实施方式的细节对本发明进行了说明，但这些细节不是用来限定附录的权利要求书中要求的本发明的范围的。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
9.权利要求7中要求的方法，其中所述改变步骤包括使用一个阻性和容性网络来对照明器操作脉冲进行积分，并根据积分的结果确定整个照明器操作脉冲和被调节的部分之间的关系。
10.权利要求3中要求的方法，其中所述改变步骤包括阻止照明器操作脉冲的一部分。
11.权利要求10中要求的方法，其中所述改变步骤包括阻止每个照明器操作脉冲的一个起始部分，然后通过每个照明器操作脉冲的剩余部分。
12.权利要求10要求的方法，其中所述改变步骤包括对照明器操作脉冲进行脉冲宽度调制。
13.权利要求3的方法进一步包括，通过持续所述提供和施加步骤以保持附件功率同时在所述的调节步骤期间将照明器操作脉冲的传输减少到不足以使照明器发出光束的级别，从而在不工作状态操作照明器。
14.权利要求3的方法，所述操作步骤包括通过将照明器操作脉冲的传输减少到仅够预热照明器的级别，从而在预热情况下操作照明器。
15.用于一个照明设备的一种供电系统，该照明设备具有一个照明器并且具有一个加电的附件，该附件具有变化的功率需求，所述供电系统包括：
一个相位控制调光器，其包括一个提供照明器操作脉冲的固态开关，并且具有一个输出；
一个连接在所述调光器输出和加电的附件之间的附件电源；以及
一个连接在所述调光器输出和照明器之间的照明器供电支路，用于将功率从照明器操作脉冲传输到照明器，所述照明器供电支路包括一个照明器控制器，该照明器控制器具有一个在照明器操作脉冲路径中的固态开关装置。
16.权利要求15中要求的供电系统，所述照明器控制器具有一个可变的脉冲传输特性，用于阻止照明器操作脉冲的被调节的部分，并将功率加到照明器；以及
所述照明器控制器包括一个在照明器操作脉冲传播的路径中的功率级别检测器，以及一个由所述检测器控制的调节器，其用于改变所述脉冲传输特性，以便在独立于附件功率需求变化的情况下保持一个恒定的可见的照明器亮度。
17.权利要求16中要求的供电系统，所述检测器包括一个连接到所述照明器供电电路的输入的积分器。
18.权利要求16中要求的供电系统，所述检测器包括一个连接在所述调光器和所述积分器之间的整流器。
19.权利要求16中要求的供电系统，所述调节器包括所述固态开关装置，用于阻止所述照明器操作脉冲一部分。
20.权利要求19中要求的供电系统，所述调节器包括一个用于控制所述开关的脉冲宽度调节器。
21.权利要求19中要求的供电系统，所述调节器包括一个用于将控制脉冲施加到所述开关的多处理器。
22.带有一个提供照明器操作脉冲的相位角度调光器一个照明设备组件，所述照明设备组件包括：
一个被连接以接收来自调光器的照明器操作脉冲的输入端；
一个照明器负载；
一个具有变化的功率需求的附件负载；
一个连接在所述输入端和所述附件负载之间的附件电源；以及
一个连接在所述输入端和所述照明器负载之间的照明器控制器；
所述照明器控制器包括一个在照明器操作脉冲的路径中的固态开关设备。

Claims (23)

1.一种用于从由一个相位角度调光器提供给一个照明设备的照明器操作脉冲中提取用于照明设备附件操作的功率的方法，所述方法包括：
将相位角度调光器的输出脉冲提供给一个附件供电电路的输入；
将附件供电电路的输出施加到一个具有可变的功率需求的照明器附件；
将相位角度调光器的输出脉冲输送到一个照明器控制器的输入；
将照明器控制器的输出供应给照明设备的一个照明器；以及
通过照明器控制器的操作调节相位角度调光控制器的输出脉冲到照明器的传输。
2.权利要求1要求的方法，其中所述调节步骤包括改变照明器控制器的脉冲传输特性。
3.权利要求1中要求的方法，其中所述调节步骤包括改变照明器控制器的脉冲传输特性以便在独立于照明设备附件的功率需求的变化的情况下保持恒定的可见的照明器亮度。
4.权利要求1要求的方法，其中所述提供步骤和供应步骤包括是通过将相位角度调光控制器的输出连接到附件电源的输入和照明器控制器输入来同时执行的。
5.权利要求4中权利要求4方法，其中提供步骤是在整个照明器操作脉冲期间连续执行的。
6.权利要求1中要求的方法，其中所述施加步骤包括在照明器操作脉冲期间在附件供电电路中产生和存储DC功率，并将存储的DC功率提供给照明设备附件。
7.权利要求3中要求的方法，其中所述改变步骤包括将照明器操作脉冲的被调节的部分传输到照明器。
8.权利要求7中要求的方法，其中所述改变步骤包括选择被调节的部分，以便防止附件功率需求的变化引起照明器亮度的可见的变化。
9.权利要求7中要求的方法，其中所述改变步骤包括使用一个阻性和容性网络来对照明器操作脉冲进行积分，并根据积分的结果确定整个照明器操作脉冲和被调节的部分之间的关系。
10.权利要求3中要求的方法，其中所述改变步骤包括阻止照明器操作脉冲的一部分。
11.权利要求10中要求的方法，其中所述改变步骤包括阻止每个照明器操作脉冲的一个起始部分，然后通过每个照明器操作脉冲的剩余部分。
12.权利要求10要求的方法，其中所述改变步骤包括对照明器操作脉冲进行脉冲宽度调制。
13.权利要求3的方法进一步包括，通过持续所述提供和施加步骤以保持附件功率同时在所述的调节步骤期间将照明器操作脉冲的传输减少到不足以使照明器发出光束的级别，从而在不工作状态操作照明器。
14.权利要求3的方法，所述操作步骤包括通过将照明器操作脉冲的传输减少到仅够预热照明器的级别，从而在预热情况下操作照明器。
15.用于一个照明设备的一种供电系统，该照明设备具有一个照明器并且具有一个加电的附件，该附件具有变化的功率需求，所述供电系统包括：
一个相位控制调光器，其包括一个提供照明器操作脉冲的固态开关并具有一个输出；
一个连接在所述调光器输出和加电的附件之间的附件电源；以及
一个连接在所述调光器输出和照明器之间的照明器供电支路，用于将功率从照明器操作脉冲传输到照明器。
16.权利要求15中要求的供电系统，所述照明器供电支路包括一个连接在所述调光器输出和照明器之间的照明器控制器，所述照明器控制器具有一个可变的脉冲传输特性，用于阻止照明器操作脉冲的被调节的部分并将功率加到照明器；以及
所述照明器控制器包括一个在照明器操作脉冲传播的路径中的功率级别检测器，以及一个由所述检测器控制的调节器，其用于改变所述脉冲传输特性以便在独立于附件功率需求变化的情况下保持一个恒定的可见的照明器亮度。
17.权利要求16中要求的供电系统，所述检测器包括一个连接到所述照明器供电电路的输入的积分器。
18.权利要求16中要求的供电系统，所述检测器包括一个连接在所述调光器和所述积分器之间的整流器。
19.权利要求16中要求的一个供电系统，所述调节器包括一个开关，用于阻止部分所述照明器操作脉冲。
20.
21.权利要求19中要求的一个供电系统，所述调节器包括一个用于控制所述开关的脉冲宽度调节器。
22.权利要求19中要求的一个供电系统，所述调节器包括一个用于将控制脉冲施加到所述开关的多处理器。
23.带有一个提供照明器操作脉冲的相位角度调光器一个照明设备组件，所述照明设备组件包括：
一个被连接以接收来自调光器的照明器操作脉冲的输入端；
一个照明器负载；
一个具有变化的功率需求的附件负载；
一个连接在所述输入端和所述附件负载之间的附件电源；以及
一个连接在所述输入端和所述照明器负载之间的照明器控制器；
所述照明器控制器包括一个在照明器操作脉冲的路径中的固态开关设备。
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